煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)及其關鍵技術

魏 勇

（山西宏廈第一建設有限責任公司， 山西 陽泉 045000）

引言

中國是世界上最大的煤礦生產國之一，隨著科學技術的進步與發(fā)展，煤礦開采機械化程度得到明顯的提升，且大幅度提升了煤礦生產的安全性。在科學技術高速發(fā)展的背景下，計算機技術和信息技術逐漸應用到各個行業(yè)，大幅度提高工作效率和保證工作安全，煤礦生產也不例外。在煤礦開采和生產過程中，煤礦地質測量工作是一項非常重要和基礎的工作，且測量資料具有不確定性、動態(tài)性和活躍性等特征，隨著時間的推移，測量數(shù)據日益豐富，構建煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)，可有效預防各種災害和重要事故的發(fā)生，提升煤礦安全生產，還能促進煤礦企業(yè)向網絡化、信息化和安全化方向發(fā)展，對煤礦行業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 現(xiàn)階段我國煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)發(fā)展狀況

空間信息系統(tǒng)是基于專家系統(tǒng)的管理系統(tǒng)和計算機網絡技術，有機結合礦山壓力檢測系統(tǒng)、礦井通風網絡監(jiān)控系統(tǒng)、氣體監(jiān)測系統(tǒng)和社會信息系統(tǒng)，是一種高效、便捷的管理系統(tǒng)，而煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)就是將該系統(tǒng)應用到煤礦開采行業(yè)中，實現(xiàn)整體上監(jiān)測煤礦地質情況，主要應用在大型煤礦企業(yè)中。

從我國大型煤礦企業(yè)空間信息系統(tǒng)應用狀況來看，發(fā)展水平較低，主要體現(xiàn)在兩個方面：其一，信息系統(tǒng)相對單一，內容簡單，主要應用在各個部門之間；其二，信息系統(tǒng)主要用于生產安全監(jiān)測上[1]。對于一個大型煤礦企業(yè)而言，該系統(tǒng)的應用導致了信息的嚴重浪費，且存在管理程度不高等各種問題，不利于實現(xiàn)煤礦地質測量空間的目標。

2 煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)的框架

煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)的構建，必須要結合實際的作業(yè)流程和地質測量部門的具體要求，并以采掘空間數(shù)據為基礎，借助互聯(lián)網技術，實現(xiàn)對各個生產部門所生產出的數(shù)據進行收集、更新、整理、分析、存儲和提取等，然后根據數(shù)據的性質和種類進行分類，建立對應的專業(yè)圖形庫和模型庫[2]。

2.1 基本結構

根據圖1 系統(tǒng)結構示意圖可以看出，煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)共有三個層次，第一層次主要以空間數(shù)據庫為基礎，子層次包括數(shù)據網絡管理系統(tǒng)和開放數(shù)據庫連接（Open Database Connectivity，ODBC），子層次主要是收集、處理各種地質數(shù)據，根據用戶需求將數(shù)據進行轉化，生成各種專業(yè)圖表和圖紙；第二層次在網絡環(huán)境下應用，用戶根據自己的需求，實現(xiàn)對數(shù)據的瀏覽和查詢，并借助ODBC 實現(xiàn)對數(shù)據庫的信息進行開放，并與其它專業(yè)應用軟件進行鏈接；第三層次是將煤礦地質測量以及生產的各種數(shù)據進行匯總，編制成專業(yè)圖件，為煤礦生產提供智能輔助決策與支持，并向用戶呈現(xiàn)多層地質實體的三維效果圖，提高煤礦生產的安全性。

圖1 系統(tǒng)結構示意圖

2.2 基本功能

煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)是基于Windows 環(huán)境下，可在線實時生產各種煤礦的原始數(shù)據，包括鉆孔數(shù)據、測點數(shù)據、斷層數(shù)據等等，并自動收集煤礦地質測量的各種圖片，對現(xiàn)有的圖片進行修改和完善。煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)主要包括四大模塊：圖形生成的功能模塊、數(shù)據查詢的功能模塊、標定解算的功能模塊和數(shù)據管理的功能模塊[3]。數(shù)據管理模塊收集、整理煤礦地質測量的數(shù)據，并傳輸?shù)娇臻g數(shù)據庫中；標定解算模塊根據測量點測量出三點之間的水平夾角，輸入到對應的數(shù)據中，然后把各個測量點標識出來；數(shù)據查詢模塊根據地理位置坐標，查詢所在位置的實時數(shù)據，該模塊功能具有靈活的維護方式和數(shù)據儲存，大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴展性；圖形生成模塊最具有實用價值，對測量數(shù)據進行分析、歸納、總結并生成對應的圖片，并空間處理巷道、工作面和水平面之間的關系。

3 煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)的關鍵技術

3.1 信息采集與分析的關鍵技術

在煤礦地質測量過程中，會產生大量的地測數(shù)據，而系統(tǒng)數(shù)據的建立必須使用對應的技術，此外，數(shù)據庫的建立是一個不斷變化的過程，具有豐富性、動態(tài)性和多變性的特征，比如有開采信息、測量條件、水文信息和地質信息等。對于煤礦開采和生產而言，這些信息具有非常重要的作用，且必須進行實時更新整合分析，為各個部門生產提供準確的數(shù)據參考，確保開采、生產工作的順利開展。所以在地質測量中經常使用到GPS、遙感和數(shù)字攝影等等[4]。數(shù)據庫的建立是整個系統(tǒng)運行的基礎和前提，故在建立數(shù)據時需要滿足用戶的基本需求，以及提供生成圖形的數(shù)據接口，同時可在網絡環(huán)境下運行，所以數(shù)據庫建立要在目前常用的操作平臺上。數(shù)據庫管理主要是B-S 管理模式和C-S 管理模式，B-S 管理模式主要為相關部門和后勤部門提供輔助工作，實現(xiàn)對各種數(shù)據的查詢和訪問，滿足自身工作的需求；C-S管理模式主要為測量人員提供對應的服務，實現(xiàn)對數(shù)據庫中的數(shù)據進行修改、更新和管理等等。

在煤礦地質測量工作中，必定會產生大量的圖片和資料，借助掃描數(shù)字化技術和手扶跟蹤數(shù)字化技術，實現(xiàn)對現(xiàn)有的成果圖件進行完善和更新。同時為其它專業(yè)軟件提供數(shù)據接口，該接口主要作用是直接提取數(shù)據庫中的圖形以及屬性數(shù)據。

3.2 GIS 平臺設計的關鍵技術

GIS 平臺是煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)的一部分，該平臺主要是處理地質測量后所產生的數(shù)據信息，根據數(shù)據信息的類型和特點建立在線處理和可視化的數(shù)據庫，在該數(shù)據庫中各種數(shù)據信息都可以根據實際生產需求自動生成對應的圖件[5]。比如平面設計圖和煤巖層含量的對比圖，這些圖件具有直觀的效果，滿足實際煤礦生產、開采的基本需求。在GIS 平臺設計中，圖形數(shù)據結構的設計需要具有層次結構，其目的是便于管理和使用。為了提高GIS 平臺的可維護性、可操作性、穩(wěn)定和模塊化，必須要使用對象技術，促使圖形數(shù)據結構有著根本性的飛躍。另外GIS 平臺主要用于煤礦地質測量，故要具有動態(tài)性特征、空間性特征、時代性特征和成分性特征，突出系統(tǒng)的專業(yè)性。

3.3 專業(yè)圖形的自動生成關鍵技術

專業(yè)圖形的自動生成是建立在設計、生產基本資料基礎之上，是地測工作的最終成本表現(xiàn)形式，常見的圖形有柱狀類、剖面類和平面類。柱狀類圖形的關鍵技術主要體現(xiàn)在三個方面，各欄之間的關系協(xié)調、巖層與地層系統(tǒng)的文字處理、巖性符號柱狀的繪制，另外還需要對柱狀圖設置自由定義功能[6]。剖面類圖形的關鍵技術主要體現(xiàn)在兩個方面，即剖面基礎數(shù)據的準備和剖面處理技術?；A數(shù)據的準備主要是針對數(shù)據的獲取，可以直接從數(shù)據調取，也可以根據空間數(shù)據庫的相交關系獲??；剖面處理技術重點處理離散的數(shù)據繪制地質剖面圖。平面類圖形處理的內容較多，比如采掘工程、各類邊界曲線、儲量計算塊段、各類等值線、煤層小柱狀等等，關鍵技術可以任意切剖面、自動對應與動態(tài)修改剖面和平面、自動生產TIN、自動計算平面上損失量和儲量等等。除此之外，還有3D 模型的構建，能夠實現(xiàn)實時、全過程監(jiān)控，提高煤礦開采、生產的安全性，提高測量結果的準確性。

3.4 制圖中的數(shù)字化處理技術

常用的制圖軟件有CAD 和mapinfo，數(shù)字化制圖技術可在煤礦地質測量空間信息系統(tǒng)中發(fā)揮實質性價值和真正的作用[7]。精通這些制圖技術，可以有效、具象化處理空間元素的具體性質，直觀描述主體對象，并高效處理各種數(shù)據，提升煤礦開采、生產效率和品質，確保煤礦穩(wěn)定和安全生產。

4 結語

在煤礦開采機械化背景下，煤礦行業(yè)構建地質測量空間信息系統(tǒng)，對安全生產和大規(guī)模開采具有非常重要的意義和作用，特別是在新世紀環(huán)境下，部分關鍵技術的有效應用，大大提高了煤礦地質測量工作的系統(tǒng)性和科學性，并大幅度降低煤礦生產的安全事故發(fā)生率，促使煤礦地質測量工作向安全和高效方向發(fā)展。另外，在煤礦行業(yè)不斷發(fā)展的情況下，空間信息系統(tǒng)要不斷更新優(yōu)化，充分利用各種先進的技術，才能有效推動煤礦行業(yè)向可持續(xù)化方向發(fā)展。